【摘 要】
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随着科技水平的不断提升,对结构进行在线的状态监测已成为未来航空航天飞行器发展的一个重要方向。本文针对结构的形态感知和载荷识别开展研究,采用准分布式光纤传感器测量得到的应变数据,一方面通过重建算法获得结构的形态分布,另一方面通过正则化方法识别外物冲击载荷时间历程,为结构的状态评估提供有用信息。本文主要内容包括:首先,建立了FBG传感器测量所得应变数据与结构形态信息之间的形态信息传递模型。研究了Fre
【基金项目】
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国家自然科学基金（11602104）； 航空科学基金（20185644006）； 上海航天科技创新基金（SAST2018-015）； 江苏省重点研发计划产业前瞻与共性关键技术--竞争项目（BE2018047）；
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随着科技水平的不断提升,对结构进行在线的状态监测已成为未来航空航天飞行器发展的一个重要方向。本文针对结构的形态感知和载荷识别开展研究,采用准分布式光纤传感器测量得到的应变数据,一方面通过重建算法获得结构的形态分布,另一方面通过正则化方法识别外物冲击载荷时间历程,为结构的状态评估提供有用信息。本文主要内容包括:首先,建立了FBG传感器测量所得应变数据与结构形态信息之间的形态信息传递模型。研究了Frenet三维形态重建算法基本原理,借助数值仿真方法,验证了Frenet形态重建算法的可行性。搭建了面向类似航空航天大长径比结构的变截面复合材料柱状结构的光纤形态监测与重建试验系统,验证了该形态重建算法的工程适用性。其次,研究了基于最小旋转框架（Rotation-Minimizing Frames,RMF）的三维形态重建算法基本原理与实现流程。采用微分几何相关理论对RMF算法进行微分几何仿真,验证了RMF算法的可行性。采用3根高密度弱反射光栅传感器制备了组合型形态传感光纤,搭建了基于光频域反射技术的分布式光纤应变与形态感知系统,验证了RMF算法用于形态重建的可行性。然后,研究了基于非负贝叶斯正则化算法的冲击载荷历程识别方法基本理论,构建了冲击载荷识别模型。以复合材料筒舱结构为研究对象,建立了有限元模型。利用Abaqus软件开展了模态动力学仿真,验证了非负贝叶斯正则化方法用于复合材料筒舱结构冲击载荷历程识别的可行性。最后,构建了基于准分布式FBG传感器的复合材料筒舱结构冲击载荷历程识别系统,借助试验手段,验证了非负贝叶斯正则化算法在筒舱结构典型冲击载荷条件下的识别效果,能够为后续开展面向该类型结构的健康状态评估提供帮助。
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